maszyna elektrostatyczna

Urządzenie służące do wytwarzania i gromadzenia ładunków elektrycznych.

Elektryczność istniała już od zarania materii. Podstawowe budulce naszego świata, atomy, zawierają w sobie naładowane cząstki elementarne, protony i elektrony.

Starożytni Grecy wiedzieli, że pocierając kawałkiem bursztynu o sukno spowodują, że będzie on przyciągał inne lekkie przedmioty, lecz nie potrafili wytłumaczyć mechanizmu tego zjawiska.

Teraz wiemy, że przez pocieranie rozdzielali ładunki elektryczne i ładowali bursztyn i sukno. Nasze słowa elektron i elektryczność wywodzą się właśnie od greckiego słowa elektron oznaczającego bursztyn.

Przedmioty nienaładowane zawierają taką samą liczbę ujemnie naładowanych elektronów i dodatnio naładowanych protonów, tak że ich właściwości elektryczne znoszą się wzajemnie i żaden nadmiarowy ładunek nie uwidacznia się. Pocieranie niektórych materiałów o siebie powoduje, że część (stosunkowo niewielka) elektronów z jednego przejdzie do drugiego, naruszając początkową równowagę ładunków. Ciało, które uzyskało elektrony staje się naładowane ujemnie, a to, które elektrony straciło, ładuje się dodatnio. Przedmioty naładowane przyciągają piórka i inne lekkie obiekty - właśnie ten efekt obserwowali Grecy i możemy łatwo zaobserwować również i my.


Najprostszą odmianą maszyny elektrostatycznej, w której ładunek elektryczny otrzymywany jest dzięki wykorzystaniu zjawiska indukcji elektrostatycznej jest elektrofor. Składa się z 2 płytek: ebonitowej oraz metalowej, zaopatrzonej w uchwyt z materiału izolacyjnego. Pod wpływem ujemnego ładunku wcześniej naelektryzowanej (np. przez pocieranie) płytki ebonitowej, następuje rozsunięcie ładunków na płytce metalowej, która dzięki temu, że swobodny ładunek ujemny odprowadzany jest do ziemi, uzyskuje nadmiar ładunku dodatniego.

kula z siarkielektryzujący pocałunekChoć opisane powyżej zjawiska znano od dawien dawna, to pierwszą "maszynę" produkującą elektryczność zbudowano dopiero w XVII wieku. Około 1663 roku niemiecki wynalazca Otto von Guericke, zbudował proste urządzenie, w którym, kładąc dłoń na dużej, obracającej się kuli wykonanej z siarki powodował jej ładowanie się przez tarcie.

Do początku XIX wieku zbudowano wiele podobnych maszyn - niektóre z nich służyły również do rozrywki (jak ta na ilustracji obok), którą można nazwać elektryzującym pocałunkiem - w pewnym momencie pomiędzy ustami tych dwojga przeskakiwała iskra elektryczna...

Innym rodzajem prostego generatora jest maszyna działająca na zasadzie indukcji elektrostatycznej - tzw. maszyna elektrostatyczna.

W procesie indukcji elektrostatycznej powodujemy rozdział ładunków w danym ciele poprzez zbliżenie doń innego ciała naładowanego. Z jednej strony gromadzą się wówczas ładunki ujemne a z drugiej dodatnie. Dotykając przewodnikiem jednej ze stron takiego przedmiotu możemy pozbawić go części ładunków jednego rodzaju i tym samym naładować go. W taki sposób możemy zbierać ładunki, gromadząc je tak, aby wytwarzać naprawdę wysokie napięcia. Maszyna elektrostatyczna składa się z dwóch tarcz izolacyjnych, które za pomocą korbki i odpowiedniej przekładni obracamy w przeciwnych kierunkach. Na zewnętrznej stronie tarczy są nałożone aluminiowe segmenty. Na osi obrotu tarcz z obu stron, są umocowane metalowe pręty, zaopatrzone na końcach w metalowe szczotki, które dotykają segmentów aluminiowych. Na wysokości poziomej średnicy tarcz, są umocowane zgięte pręty, opatrzone ostrzami (tzw. "grzebieniami"), które są zwrócone do obu tarcz, ale nie dotykają ich. Ostrza te zbierają ładunki, które są doprowadzone do iskiernika. Iskiernik stanowią dwie kulki na prętach metalowych, opatrzonych ebonitowymi uchwytami. Kulki iskiernika są połączone z dwiema wewnętrznymi okładkami butelki lejdejskiej. Okładki zewnętrzne tych butelek są połączone prętem poziomym. Podczas obracania tarczy powstają ładunki, które są zbierane przez grzebienie i między iskiernikami powstaje duża różnica potencjałów, co powoduje przeskok iskry.
Jeden z rodzajów maszyny elektrostatycznej wynaleziony w 1883 roku przez Jamesa Wimshursta jest używany jeszcze dziś, podczas demonstracji laboratoryjnych do wytwarzania napięć rzędu 50000 V i więcej.

efekt działania maszynyMaszyną indukcyjną o dużym znaczeniu praktycznym jest generator zbudowany w 1931 roku - przez Van de Graaffa. Ruchomy pas wykonany z materiału izolującego, przenosi ładunki do metalowej sfery, napięcie na której osiąga w końcu wartość paru milionów woltów. Generatorów takich używa się do testowania izolatorów i innego sprzętu, który powinien wytrzymać wysokie napięcia. Wykorzystuje się je również w badaniach nad cząstkami elementarnymi, używając tak wysokich napięć do rozpędzania naładowanych cząstek do ogromnych prędkości.
Obok - na zdjęciu, możliwy efekt oddziaływania generatora.

Maszyny indukcyjne mogą wytwarzać naprawdę olbrzymie napięcia, jednakże zupełnie nie nadają się do ciągłego dostarczania dużych prądów. Dopiero ogniwo, skonstruowane w latach 90-tych XVIII wieku przez Włocha Alessandro Volta, nadawało się do tego celu 

Testy z BRD | Znaki drogowe | BRD 24 | Karta rowerowa | Karta rowerowa - to proste | Wiersze miłosne | 1000 pytań